大学有机化学资料

例如抗肿瘤药物Discodermolide 最 初于1990年科学家在加勒比深海的海 绵Discodermia dissoluta 中提炼出 的 , 其结构式如图所示 . 与紫杉醇相比 , Discodermolide 的水溶性好,药效强, 其最重要的特点是 Discodermolide 不会产生多向抗药性 , 而且与紫杉醇合 用还会增加疗效.
• 2002年诺贝尔化学奖授予美国科学家约翰· 芬恩与日本科学家 田中耕一“发明了对生物大分子的质谱分析法”；另一项是 瑞士科学家库尔特· 维特里希“发明了利用核磁共振技术测定 溶液中生物大分子三维结构的方法” 。 • 2003年诺贝尔化学奖授予美国科学家彼得· 阿格雷和罗德里克· 麦金农，以表彰他们在细胞膜通道方面做出的开创性贡献。 • 2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙· 切哈诺沃、阿夫 拉姆· 赫什科和美国科学家欧文· 罗斯，以表彰他们发现了细胞 是如何摧毁有害蛋白质的（即泛素调节的蛋白质降解）。 • 2006年诺贝尔化学奖授予美国科学家罗杰· 科恩伯格，以奖励 他在“真核转录的分子基础”研究领域作出的贡献，他第一 个成功地将脱氧核糖核酸（ＤＮＡ）的复制过程捕捉下来 。
高等教育出版社出版（2007年）
配套辅导教材：有机化学学习指导
姜文凤
高占先/编
高等教育出版社出版
参考书目:1.基础有机化学(上,下) 邢其毅 主编 2.有机化学(上,下) 3.有机化学 胡宏纹 主编 伍越环 主编
学好有机化学的几个重要环节
1. 2. 3. 4. 5. 课前预习 听课、记笔记 整理、归纳、总结 做习题（巩固）—— 非常重要！！ —— 提出一个问题往往比 讨论及答疑 解决一个问题更重要。
※ 近年来，有机化学界使用计算机进行有机合成的设计工作。
三. 有机化合物的特点：
1. 组成复杂,数目繁多（同分异构体多） 2. 对热不稳定,易燃烧（极少数例外）
3. 熔点较低（一般在400℃以下）
4. 易溶于有机溶剂，难溶于水（有例外） 5. 易分解 6. 反应慢,副反应多
2000年以来的与生物学科有关的Nobel 化学奖
机理
3.有机反应中的应用—有机合成
简单化合物 复杂分子 如何 步骤最少 产率最好
请自学课本第18章—绿色有机合成
第一章
绪 论
主要内容
有机化学和有机化合物
有机化合物的结构特征
有机化合物研究方法和分类
有机反应类型和溶剂的分类
第一节
有机化学的发展
有机化合物和有机化学
有机化合物的发展过程 有机化合物的特点 学习有机化学的重要性

共价键 (covalent bond)：原子间通过共用电子对相互结
合而成键（电子共享）
C: 1s22s22p2

最外层4个价电子


中等电负性
可通过与其它原子共享电子满足八隅体（成共价键）
单键 —— 由一对共享电子形成的键 双键 —— 由两对共享电子形成的键
叁键 —— 由三对共享电子形成的键
有机分子中的化学键 —— 共价键 共价键具有饱和性:元素原子的共价数等于该原子的未成对
H H C H H H H HC C H C C H H
C-H键长度相等 四面体型分子
有一根键较活泼 平面型分子
有两根键较活泼 直线型分子
碳原子的几种轨道杂化
1. sp3杂化
跃迁
2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz
C: 1s22s22p2
原子轨道重组
1 0 9 .5 o
4个sp3轨道
的，在实验室里不可能用人工方法制造出有机物。
1828年 德国化学家维勒由无机物氰酸铵合成出有机物尿素。
Friedrich Wöhler (German)的实验(1828年)
由氰酸铵（无机物）制得尿素（有机物）
O + N H C N O 4 CN H H N 2 2
inorganic
organic
尿素的人工合成证明了可以在实验室里制备有机化合物，有
四面体型

甲烷(CH4)的 成键示意
H H C H H H H H C H
键 轴对称方式交叠
H C H H H H C C l H
3 键 ( s p p )
H H C H H
3 键 ( s p s )
H H C H
3 3 3 键 ( s p s ) 键 ( s p s p )
2. sp2杂化
H
H C C
H O C H 3 C
H
H
2 2 键 (s p -s p )
H
C H 3
2 2 键 (s p -s p )
2 3 键 (s p -s p )
键 (p -p )
键 (p -p )
3. sp杂化
跃迁
2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz
原子轨道重组
180 o
sp 直线型
跃迁
2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz
原子轨道重组
120o
3个sp2轨道
2pz
平面型

乙烯(CH2=CH2)的成键示意
H p 轨 道
+
H H C H H
2 s p 轨 道 C
ຫໍສະໝຸດ Baidu
C C
H H
H
p 轨 道
键 侧面交叠 （电子云结合较松散）
2 键 (s p -s )
H C H C
C H O 2 6
H H
H H
H H H C C O H H H
H C O C H
甲醚
乙醇
一. 共价键的形成及经典结构理论
(一)

经典结构理论
八隅体 (Octet)：原子总是倾向获得与惰性气体相同的价电
子排布(价电子层达到2个或者8个电子的
稳定结构)

离子键 (ionic bond)： 原子间通过电子转移产生的正负离 子相互结合而成键
有机化合物中常见的元素
H
B
C
Si
N
O
F
P
S
Cl
Br I
有机化学（Organic Chemistry） —— 研究有机化合物的组成, 结构, 性质
及其变化规律的科学
二. 有机化学的发展过程
1. 天然产物的提取和加工阶段
随着分离提纯技术的进步，在1769至1785年间，先后分离出 酒石酸、柠檬酸、尿酸、乳酸等等。 2. 人工合成有机物阶段 “生命力”论者认为有机物是由有机体内的生命力制造出来
切记：不要死记硬背
不要临时抱佛脚
教学安排
上半学期：第一章 ~ 第八章
下半学期：第九章 ~ 第十三章
注：1. 第四章谱学内容不讲
2. 第十四章 ~ 第二十一章内容不讲
考试和成绩
期末考试一次
课堂练习多次
成绩评定的主要因素：平时成绩和期末考试成绩（3:7）
平时成绩评定的因素：作业完成情况
机化合物与无机化学物间无截然的界限。
1840年柯尔伯合成了醋酸，1850年贝特洛合成了油脂类物质。 至此，“生命力”学说被彻底否定，有机化学进入合成时代。
3. 有机理论体系建立阶段
※ 1865年，凯库勒提出有机碳的四价学说。
※ 1874年，范托夫和勒贝尔提出饱和碳原子的四面体构型学说。 ※ 1885年，拜尔提出了张力学说。 ※ 1917年，路易斯提出电子对理论。 ※ 二十世纪三十年代，建立了量子化学，出现了诱导效应、共轭 效应及共振论。 ※ 二十世纪六十年代，现代物理方法应用到有机分子结构测定。
电子数.(C原子外层4个电子,最多可以形成4个共价键.)
共价键具有方向性:电子云重叠越多，形成的键越强.
C CCC C CCC C C
直链 带侧链
C C C CC
环状
(二) 杂化轨道理论与有机分子结构
杂化轨道理论：成键之前原子轨道进行了重组，s轨 道和p轨道结合而形成杂化原子轨道，从而使电子对 在空间上相距最远，并使得两个原子核之间的成键 区域中的电子密度最大。
2py
2pz
乙炔(CHCH)的成键示意:
p y H p z
p y
C
+ s p 轨 道 p z
C
H
H CC
H
H
C
C
H
H C 3
C
C
C H
C H 2
键 ( s p s p ) 2 键 ( p p )
键 ( s p s )
2 键 ( s p s p )
(三). 有机化合物的几何形象与立体结构化学
由于绿色荧光蛋白用紫外线一照就发出鲜艳绿光，研究人员将绿 色荧光蛋白基因插入动物、细菌或其他细胞的遗传信息之中，让 其随着这些需要跟踪的细胞复制，可“照亮”不断长大的癌症肿 瘤、跟踪阿尔茨海默氏症对大脑造成的损害、观察有害细菌的生 长，或是探究老鼠胚胎中的胰腺如何产生分泌胰岛素的β细胞。
“对核糖体结构和功能的研究”
2008年Nobel化学奖-发现和改造绿色荧光蛋白基因-报道基因
沙尔菲 日本有机化学家兼海洋生物 美籍华裔科学家钱永健的 美国生物学家马丁· 主要贡献是利用水母发出 的主要贡献在于向人们展 学家下村修于1962年从一种 绿光的化学物来追查实验 示了绿色荧光蛋白作为发 水母中发现了荧光蛋白，被 室内进行的生物反应。 光的遗传标签的作用。 誉为生物发光研究第一人。
2010年诺贝尔化学奖--钯催化交叉偶联反应
• 制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原 子集合在一起。但是碳原子本身非常稳定，不易 发生化学反应。解决该问题的一个思路是通过某 些方法让碳的化学性质更加活泼，更容易发生反 应。
• 美国科学家理查德·赫克(Richard F. Heck)、日 本科学家根岸英一(Ei-ichi Negishi)和铃木章(A kira Suzuki)解决了这一难题。目前“钯催化交 叉偶联反应”（包括1972年Heck反应，1977年Neg ishi反应和1979年Suzuki反应）技术已在全球的 科研、医药生产和电子工业等领域得到广泛应用 。
1.
烷烃：四面体型
平面模型
H CH 4 H C H H C H H Cl Cl H C Cl H H Cl H C Cl H
四面体模型
H
Cl CH 2 Cl 2 （只有一种物质） H C H （两者不同）
2. 烯烃：平面型
H 2C CH2 H C H H 3C C H 3C H CHCH3 H C 顺式 H 3C CH3 C H H 反式 C H CH3 H 3C C C CH3 H H
课前介绍
主讲教师：冯燕 副教授 E-mail：fy70@163.com
安徽大学第三届“青年教师教学基本功竞赛”二等奖 2011年国家自然科学基金青年基金项目主持人 安徽大学 化学化工学院 课件共享邮箱：
anhuifengyan@ahu.edu.cn
密码：fy123456
教材： 有机化学（第二版） 高占先 主编
一.有机化合物和有机化学
生命力论与早期的有机化学（1828年之前）
有机化合物
最早的有机化合物来自 于动植物体（有机体）
生命力论(Vitalism)认为： 有机化合物只能在一种神秘的“生命力”支配下才能 产生,是不可能由简单的无机化合物在实验室中合成 的.
有机化合物 ——
含碳化合物 —— 碳氢化合物及其衍生物
但是限制Discodermolide 进行研究和成为临床抗癌药的一个 重要因素就是它的供应问题,它从加勒比深海的海绵中分离出来 的产率仅为0.002%,这远远不能满足研究的需要,更达不到临床 所需.Schreiber研究小组在1996年报道了Discodermolide 的 全合成方法,其中的关键步骤包含 Negishi 反应.如今,经过许多 研究小组的努力,科学家已经开始将Discodermolide 进行临床 测试.
课堂练习成绩（1-2次）
出勤率和学习态度等
关于习题
每章课程结束后，根据教学内容安排 一定量的练习 未布置的习题自行完成 鼓励完成课堂布置思考题
学习中应注意的几个方面
1.有机化学中的结构与反应
有规律的反应 结构 性质 反应 特殊反应
2.有机反应和反应机理
反应物
?
多步反应
产物
反应原理 反应过程 反应规律
目前25% 的合成药品都由这3 种反应中的一种制成, 因此, 他们的发明对制药工业具有举足轻重的影响.
第二节 有机化合物的结构特征
共价键的形成
共价键的基本属性
分子间作用力
诱导效应 酸碱的概念
有机化合物的结构：指分子的组成、分子中原子相互 结合的顺序和方式、价键结构、分子中电子云分布、 三维结构和分子中原子或原子团之间相互影响等。
英国剑桥大学科学 家文卡特拉曼· 拉 马克里希南（左） 、美国科学家托马 斯· 施泰茨（中） 和以色列科学家阿 达· 约纳特因
“核糖体”扮演着生命化学工厂中“工程师”的角 色：它翻译出DNA所携带的密码，进而产生不同的蛋 白质，分别控制人体内不同的化学过程。 三位科学家采用X射线蛋白质晶体学的技术，标识出 了构成核糖体的成千上万个原子。不仅让我们知晓 了核糖体的“外貌”，而且在原子层面上揭示了核 糖体功能的机理。”